高性能长循环锌离子电池双金属氧化物ZnMnO3正极材料

通过溶胶-凝胶法制备了一种锰基双金属氧化物ZnMnO₃纳米颗粒材料,首次将其应用于水系锌离子电池正极材料。在300 mA/g的电流密度下表现出高的放电比容量(175 mA·h/g)。在1 000 mA/g的电流密度下放电比容量仍然高达134 mA·h/g。与单金属氧化物相比,ZnMnO₃表现出更优异的循环稳定性和更好的倍率性能。通过非原位的电极表面扫描电子显微镜(SEM)形貌表征,ZnMnO₃在循环过程中能够保持结构的稳定性,从而具有稳定的长循环性能。通过非原位X射线衍射(XRD)分析表明,ZnMnO₃的储锌行为符合嵌入脱出机理。     

多级纳米花球状聚多巴胺-钼氧化物复合材料用于宽电压窗口锌离子存储

水系锌离子电池(AZIBs)具有操作简单、成本低、安全性高等优点,在能源存储方面具有广阔的应用前景。然而,开发具有高比容量和稳定循环性能的AZIBs正极材料仍然是一项艰巨的任务。本工作利用钼酸铵与盐酸多巴胺的络合反应,采用简单的共沉淀方法成功制备了具有三维纳米花球结构的聚多巴胺-钼氧化物(PDA-MoO_x)复合材料。聚多巴胺(PDA)的引入不仅可以缓解内应力、抑制体积膨胀,而且可以通过引入功能基团来增加活性位点。得益于独特的结构优势和PDA的协同作用,PDA-MoO_x在水系锌离子电池中的可逆比容量、循环稳定性和倍率性能明显优于MoO_x。在100 mA·g^-1的电流密度下充放电150次,PDA-MoO_x材料的可逆比容量稳定在160 mA·h·g^-1左右,而MoO_x材料的容量仅剩7 mA·h·g^-1。即使在1 000 mA·g^-1,350次循环后,PDA-MoO_x材料的容量...     

花状LiMnO2正极材料的制备及其性能研究

LiMnO₂正极材料因具有高比容量、高能量密度、低成本等优点而被广泛关注,但其较差的循环稳定性影响了进一步大规模应用。采用控制合成Mn₂O₃立方块前驱体后锂化的方法制备花状LiMnO₂正极材料。结果表明,花状LiMnO₂呈现出较好的循环稳定性,在100 mA·g^-1的电流密度下,循环100圈后比容量仍能维持在123 mAh·g^-1。     

二氧化钛-聚萘/硫正电极的制备及其电化学性能

以3,4,9,10-二萘嵌苯(PTCDA)为原料成功合成聚萘(PPN),然后利用硫代硫酸钠为硫源,通过化学还原法制备聚萘/硫(PPN/S)复合材料,接着在PPN/S外表面包覆一层二氧化钛(TiO₂),最后制备出二氧化钛-聚萘/硫(TiO₂-PPN/S)复合材料.采用扫描电镜、X-射线衍射和热重分析对复合材料TiO₂-PPN/S进行表征; 采用充放电测试系统和电化学工作站对TiO₂-PPN/S电极的电化学性能进行测试.结果表明:PPN/S复合材料表面被TiO₂成功包覆,制得一种新型TiO₂-PPN/S复合材料; TiO₂-PPN/S电极具有良好的循环稳定性,在电流密度为400 mA·g^-1时,首次放电容量达到1 334.8 mA·h·g^-1,循环150次后,放电容量仍保持在691.4 mA·g^-1; 与含硫量相当的PPN/S电极相比,TiO₂-PPN/S电极具有更佳的电化学性能.     

GS-SSCNTs-MnNPs复合材料的制备与锂离子电池负极性能研究

在超声环境下,采用强氧化法将多壁碳纳米管(MWCNTs)切割成长径比小于5的超短碳纳米管(SSCNTs),通过简单的湿化学法将其与MnO_x纳米颗粒(Mn_xNPs)植入还原性氧化石墨烯片层中,热处理后,形成GS-SSCNTs-MnNPs纳米复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X-射线衍射(XRD)等制备材料的形貌结构,采用循环伏安和恒流充放电研究其锂离子电池负极性能.结果表明:GS-SSCNTs-MnNPs纳米复合材料在180 mA?g^-1电流密度下具有高达1 100 mA?h?g^-1的可逆容量,且表现出优异的功率和循环稳定性能,循环100圈之后,仍具有高达837 mA?h?g^-1的可逆容量(1 440 mA?g^-1).     

钠离子电池正极材料磷酸钒钠的碳包裹制备及钛掺杂改性研究

磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃,简写为NVP)具有钠离子快速导体结构,被认为是很有前景的钠离子电池正极材料。但是NVP的低电子导电性以及循环过程中大的结构变化阻碍了其商业化应用进程。通过在NVP中引入导电碳载体以及进行微量的钛掺杂,显著提升了其电子和离子导电性。碳载体可以改善其电子导电性,同时为其体积变化提供了有效的缓冲;而微量钛掺杂一方面可以提升晶体结构的稳定性,同时加快了离子扩散和传输。碳包裹和钛掺杂的协同效应极大地改善了磷酸钒钠正极的电化学性能,在恒电流充放电测试中,0.1 A·g^-1电流密度下循环100周后,其可逆容量可以达到111.7 mA·h·g^-1;在倍率测试中,在10.0 A·g^-1电流密度下,可逆容量可以达到85.3 mA·h·g^-1。     

铜离子掺杂钒基配位聚合物的制备及其超级电容器性能

通过两步微波和离子交换的方法得到一种直径约为1.5μm的微球形貌铜离子掺杂钒基配位聚合物(V-Cu-HHTP).聚合物中部分取代的Cu²⁺提高了配位聚合物的导电性和结构稳定性,并提供V、Cu的协同效应,在用于超级电容器电极材料时表现出良好的电化学性能.在1 A·g^-1的电流密度下,V-Cu-HHTP表现出287 F·g^-1的比容量,在10 A·g^-1的大电流密度下循环3 000圈后,V-Cu-HHTP的电容保持率仍有98.6%,比相同测试条件下未掺杂的VHHTP电极表现优异(比容量为227 F·g^-1,电容保持率为94.2%).选取V-Cu-HHTP作为正极,活性炭(activated carbon,AC)作为负极,组装非对称超级电容器V-Cu-HHTP//AC,电压窗口达到1.6 V.V-Cu-HHTP//AC在功率密度为795.0 W·Kg^-1时,最大能量密度为44.1 Wh·Kg^-1,优于许多钒基超级电容器.优异的电化学性能归因...     

自组装CaCO3模板法合成锂离子电池负极材料SnO2@voids@C-SnO及改性研究

基于CaCO₃模板法制备出具有三维分级多孔碳骨架结构SnO₂@voids@C-SnO材料，并通过溶胶凝胶法进行Ni的添加.利用XRD和SEM对所得产物的晶体结构和微观形貌进行表征，并对电池进行电化学性能测试.结果表明，SnO₂@voids@C-SnO材料在电流密度50 mA·g^-1时首次放电比容量为1 092 mAh·g^-1.添加Ni可以有效增加负极材料的比容量.当Ni质量分数达到25%时，材料的首次放电比容量达到1 414.6 mAh·g^-1,70次循环后的放电比容量仍能保持617 mAh·g^-1,倍率性能优良.这主要是因为Ni的添加在一定程度上避免了纳米粒子的团聚，缓解了体积膨胀带来的影响，明显改善了负极材料的电化学性能.     

含钴钨酸盐在锂离子电池中的循环性能表现

基于多金属氧酸盐(POM)在锂离子电池负极材料领域的潜在应用价值,根据文献选择了新型三价钴多金属钨酸盐Ba₃[BW₁₁O₃₉Co~Ⅲ(H₂O)]这一稳定的无机金属杂多酸,对其作为负极材料在锂离子电池应用中的性能进行了全面的测试,并将其与二价钴多金属钨酸盐Ba_3.5[BW₁₁O₃₉Co~Ⅱ(H₂O)]的性能做了对比.结果表明：三价钴材料在200 mA·g^-1的电流密度下循环200圈后仍能保持269.2 mAh·g^-1的比容量,库伦效率达99.29%.即使在0.2～5.0 A·g^-1的电流密度下进行倍率测试,其仍表现出比二价钴材料更好的性能,在电流密度恢复到0.2 A·g^-1后,比容量迅速恢复到454 mAh·g^-1,证明其具有更好的稳定性和倍率性能,为后续含钴钨酸盐在锂离子电池领域的应用提供了更多的参考价值...     

ε-MnO2纳米片的可控制备及其电容去离子特性的研究

电容去离子是一种能耗低、无二次污染和脱盐率高的新兴海水淡化技术。通过溶剂热及后续退火处理制备了ε-MnO₂纳米片,并研究了其电容去离子特性。结果表明,ε-MnO₂具有良好的电化学可逆性,在1 mV·s^-1扫速下具有119.51 F·g^-1的比电容,电化学行为主要由扩散过程控制,超高的赝电容占比为实现高脱盐容量奠定了基础;0.5 A·g^-1电流密度下充放电比容量分别为11.46和7.57 mA·h·g^-1,库伦效率为66.06%。通过优化工作电压、流速和初始电导率,ε-MnO₂的最高脱盐容量达到了119.94 mg·g^-1,电荷效率最高为66.61%,经过20次循环后,容量保持率为56.82%。循环过程中发生的结构坍塌和晶型转变是容量衰减的主要原因。     

模板辅助合成多孔Ni0.85Se/C复合微球及其储锂/钠性能

以多孔Ni/C复合材料作为牺牲模板,通过水热硒化法制备了多孔Ni_0.85Se/C复合微球. XRD、SEM和TEM表征结果显示,具有良好结晶性和相纯度的Ni_0.85Se/C是由Ni_0.85Se纳米颗粒密堆积而成的多孔球形结构;XPS和TG曲线显示共存的碳质量分数由Ni/C中的27.3%下降为Ni_0.85Se/C的7.1%.作为锂离子电池负极材料,在0.2 A·g^-1的电流密度下,Ni_0.85Se/C第2次可逆放电比容量为579.2 mA·h·g^-1,由于非法拉第容量贡献,经过100次循环后,放电比容量变为812.8 mA·h·g^-1,远优于未硒化的Ni/C复合材料.作为钠离子电池负极材料,Ni_0.85Se/C具有较高的放电比容量,50次循环后,放电比容量剩余值为293.5 mA·h·g^-1. CV和EIS分析证明Ni_0.85Se/C的放电容量是法拉...     

Al2O3/LiAlO2表面包覆改性LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2三元正极材料研究

三元正极材料因比容量高、成本低和较为环保而备受研究者的关注和青睐,但其循环稳定性与倍率性能较差。通过固相包覆法制备了纳米Al₂O₃以及LiAlO₂包覆的LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂材料,对所制备材料的结构及形貌进行系统表征,结果表明,两种包覆均在保持正极材料结构的基础上成功形成了表面包覆层。电化学性能测试表明,用质量分数为1%的Al₂O₃包覆时,其初始放电容量从原始材料的159 mA·h·g^-1提升至162.57 mA·h·g^-1,循环35次的容量保持率由74.38%提升至94.89%;用质量分数为3%的LiAlO₂包覆时,初始放电比容量提升至164.85 mA·h·g^-1,前35次的容量保持率较未包覆材料均有所提高。此外,经包覆后正极材料循环性能和倍率性能均有所提高,电压衰减和电化学阻抗降低,...     

NiCo2O4@PANI复合材料的制备及其电化学性能研究

通过水热处理及电化学沉积,在集流体泡沫镍上原位生长出NiCo₂O₄@PANI复合材料.通过扫描电镜观察到泡沫镍上均匀分布着表面粗糙的纳米棒阵列,这种结构有利于电极材料与电解液的充分接触与反应;PANI(聚苯胺)的包覆增加了NiCo₂O₄的导电性,降低了载流子传输的活化能,因而表现出优异的电化学性能.在1 mA·cm^-2的电流密度下,复合材料的比电容为2 307.15 F·g^-1.当电流密度提升到20 mA·cm^-2后,比电容的保留率为78.13%.在10 mA·cm^-2电流密度下,循环2 000次后,比电容保留率为85.46%.测试结果证明该复合材料作为电极材料,在超级电容器的应用中有着巨大的潜力.     

构筑高性能的二氧化锰/石墨烯超级电容器

三维泡沫镍(Ni)基石墨烯(graphene)结构具有理想的自支撑特性,但却受制于有限的容量。以三维Ni基graphene为催化基底,通过一步水热法,在三维Ni基graphene骨架上形成二氧化锰/石墨烯/泡沫镍(MnO₂/graphene/Ni)的异质结电极。MnO₂的形貌随着水热反应温度的增加而呈现出纳米花状、纳米花与纳米棒的混合结构以及纳米棒状。通过循环伏安、恒电流充放电等研究方法,发现具有纳米花状与纳米棒状混合结构的MnO₂/graphene/Ni异质结电极,在电流密度为0.1 A·g^-1时达到最大比电容193 F·g^-1,并且在电流密度为1 A·g^-1时,经过1 000次恒电流充放电后,依然保持104%的初始容量,是一种潜在的电化学性能稳定的超级电容器电极材料。     

纳米TiO2/多孔碳复合材料的制备及其超级电容器性能的研究

针对传统超级电容器中碳质材料受比表面积和孔径限制导致的比电容小,能量密度低(<10 Wh·kg^-1)等问题,本工作利用瞬时纳米沉降技术(FNP)成功合成了SiO₂/MXene复合物,后利用聚四氟乙烯(PTFE)在800℃下进行热处理得到负载微量TiO₂颗粒的多孔碳材料(TiO₂/PC-800)。这种多孔结构可以提供更大有效比表面和化学反应活性位点,有利于缩短离子传输路径,加快离子传输。电化学测试结果表明TiO₂/PC-800具有较高的比电容,在0.5 A·g^-1的电流密度下比电容为215.5 F·g^-1,同时还具有优异的循环稳定性,在10 A·g^-1的大电流密度下循环5 000圈后比电容保持率为98.6%。组装的TiO₂/PC-800//TiO₂/PC-800对称型超级电容器在0.7 kW·kg^-1的功率密度下获得的能量密度高达50.8 Wh...     

纳米多孔Co的磷化物制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化、水热合成和化学气相沉积制备纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co和NiCo(OH)₂-P复合电极.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征电极材料的物相和形貌结构.在1 mol·L^-1的KOH溶液中,运用线性扫描伏安曲线(LSV)、交流阻抗谱(EIS)、循环伏安曲线(CV)等测试电极的电催化析氢性能.结果表明：纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co、NiCo(OH)₂-P电极材料的析氢性能依次增加,化学气相沉积(CVD)磷化后的纳米多孔NiCo(OH)₂-P在10 mA·cm^-2电流密度下,其过电位为139 mV,Tafel斜率为123.57 mV·dec^-1,双电层电容为30.16 mF·cm^-2.经过1 000圈循环伏安耐久性实验后,纳米多孔NiCo(OH)₂-P电极在10 mA·cm^-2电流密度下,析氢过电...     

花状Zn0.76Co0.24S纳米材料的制备及电化学性能研究

采用简单的水热合成法制备了双过渡金属硫化物Zn_0.76Co_0.24S纳米材料,并作为超级电容器电极材料。该材料具有花状多孔的微观形貌,花瓣为超薄纳米片结构。这样独特的结构能为电化学反应提供丰富的活性位点,为离子的传输提供便利的通道,同时也为反复充放电过程中材料体积的变化提供了缓冲空间。三电极体系测试结果表明：Zn_0.76Co_0.24S电极在电流密度为1 mA/cm²,比电容高达2 031.0 C/g;当电流密度增大到30 mA/cm²时,电容量仍可保持在888.9 C/g;在电流密度为10 mA/cm²下循环充放电5000圈,电容量保持率为90.25%,表现出较高的电容量、优异电容稳定性以及循环性能。采用Zn_0.76Co_0.24S电极与活性炭(AC)构建的混合超级电容器Zn_0.76Co_0.24S//AC也展现了令人满意的性能。     

熔盐法改性K2NiFe(CN)6普鲁士蓝类似物提升储钾性能的研究

作为钾离子电池正极材料,普鲁士蓝类似物的循环稳定性与倍率性能不够理想,本研究使用熔盐对普鲁士蓝类似物K₂NiFe(CN)₆(KNF)进行改性. SEM表征表明熔盐法处理后的样品具有更为粗糙的表面,BET结果表明熔盐法改性后KNF的比表面积由3.0 m²/g提升到157.4 m²/g,并展现出了优异的循环稳定性,在60 mA·g^-1的电流密度下经过100次循环,其可逆容量为56.3 mA·h·g^-1,容量保持率为87.8%. EIS结果进一步证实熔盐法处理后样品阻抗明显减小(从3 954Ω降到2 740Ω)、具有更好的电子传导率.本文使用的熔盐法操作简单,可以在不破坏材料本身的前提下有效提升KNF等普鲁士蓝类似物的电化学性能,是一种有潜力的改性手段.     

FeTiO3/rGO复合材料的制备与电化学性能

以Fe-ZIF为模板合成了TiO₂@Fe-ZIF/GO前驱体,并通过进一步热处理获得锂离子电池FeTiO₃/rGO复合阳极材料。电化学测试结果表明,FeTiO₃/rGO复合材料在200mA/g电流密度下循环300圈后放电比容量为634mA·h/g,在1 000mA/g电流密度下循环400圈后放电比容量仍为536mA·h/g,并且表现出了优秀的倍率循环性能。这种优异的电化学性能归因于ZIF在石墨烯纳米片上的原位生长,使得石墨烯既起到导电框架的作用,又起到体积缓冲剂的作用,克服了过渡金属钛酸盐导电性差、以及多次循环过程中产生的不可逆晶型变化等缺点,提升了负极材料的储锂性能。     

多孔Ti3C2Tx/SnSe复合材料的制备及其储钾性能

采用原位氧化-刻蚀法和水热合成法制备了多孔MXene复合材料(Ti₃C₂T_x/SnSe),并对所制备的材料进行了结构表征与电化学性能测试. 结果表明:在0.05 A/g的电流密度下,多孔Ti₃C₂T_x/SnSe电极具有381.9 mA ·h/g的储钾容量,而相同情况下SnSe电极的比容量仅为119.2 mA ·h/g. 在1 A/g的电流密度下,多孔Ti₃C₂T_x /SnSe电极的初始可逆比容量为118.5 mA ·h/g,循环500次的比容量仍保持在35.4 mA ·h/g. 多孔Ti₃C₂T_x/SnSe电极材料优异的电化学性能得益于多孔Ti₃C₂T_x材料的高导电性,它不仅缓解了SnSe的体积膨胀,而且为离子的转移提供了良好的通路.